À medida que as fontes de água se tornam escassas, entender os contaminantes emergentes do subsolo é fundamental
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| Reservatório de Rio Grande, no Colorado; riachos fluindo da montanha Canby formam a origem do rio de 1.885 milhas de comprimento. |
No ano passado, uma coisa ficou clara: não podemos viver a vida sem riscos. Na verdade, todas as partes de nossas rotinas diárias foram sujeitas a análise: quão arriscada é a ação e seu valor vale o custo potencial?
A análise de risco, embora aparentemente mais presente em nossos pensamentos hoje, sempre fez parte de como operamos e como funcionam os sistemas ao nosso redor. À medida que novas pressões, como as mudanças climáticas, se aprofundam, a precisão e a confiabilidade dos modelos de análise de risco em relação a questões tão básicas como a limpeza de nossa água potável se tornam mais importantes do que nunca.
Pesquisadores da USC, incluindo Felipe de Barros, professor associado de engenharia civil e ambiental na Escola de Engenharia Viterbi da USC, desenvolveram uma variedade de modelos que podem ajudar a avaliar como os contaminantes emergentes se dispersam, dissolvem e, por fim, impactam a qualidade da água e a resiliência dos aquíferos.
"O ambiente de subsuperfície é muito complexo e desafiador de rastrear, porque não podemos vê-lo", disse de Barros. "Não temos informações detalhadas sobre a profundidade dos contaminantes, a distância em que se espalham, de onde vêm, com quais outros contaminantes eles se misturaram ou como as propriedades geológicas variam no espaço."
Essas questões são exatamente nas quais de Barros e sua equipe trabalham. Recentemente, de Barros e colaboradores desenvolveram um modelo analítico que pode ajudar a prever a propagação de contaminantes em meios porosos fraturados em diferentes cenários de fluxo de água. Este trabalho foi destaque na Physics Review Fluids . A vantagem do modelo analítico desenvolvido por de Barros e colaboradores é que ele permite olhar as relações entre os diversos parâmetros geológicos e físicos para ver como eles impactam a dissolução de um contaminante à medida que a água flui de um ponto a outro.
“É como estudar realidades alternativas - como no universo dos quadrinhos”, disse de Barros. "Se você puder entender o que acontece com cada cenário diferente, poderá prever melhor os resultados em tempo real e alocar melhor os recursos para mitigar o problema."
“Com ferramentas como esta, você pode fazer análises probabilísticas de risco e calcular e avaliar os riscos associados a uma instalação de descarte de resíduos, por exemplo, ou a um vazamento acidental”, disse ele. "Também podemos entender a velocidade com que esses produtos químicos viajarão nesses ambientes."
Por exemplo, digamos que houve um derramamento de produto químico perto de um aqüífero. Com uma modelagem de risco precisa que leva em conta as principais variáveis heterogêneas no meio ambiente, os profissionais de saúde e órgãos reguladores podem entender melhor quanto contaminante eles podem esperar ser na fonte de água final, disse de Barros.
"Essa modelagem pode ajudar com questões como: 'Devo investir mais dinheiro em saúde pública ou na caracterização do sítio geológico? Devo fechar o poço - que é muito caro - ou trazer água da torneira de outro local ou comprar engarrafada água, ou há conhecimento razoável de que a água ainda pode ser usada, uma vez tratada? " ele disse.
Um sistema complexo simplificado
Felipe de Barros e sua equipe examinaram a complexa física do fluxo da água através de diferentes sistemas de fluxo, ou seja, onde o fluxo restrito, como através de uma membrana porosa, encontra o fluxo livre, como o espaço entre duas superfícies porosas. Como essas áreas interagem são importantes para determinar como um produto químico se dissolve ou se mistura em uma fonte de água, disse ele.
Em vez de resolver as equações físicas numericamente para modelar resultados diferentes, a equipe procurou resolver o problema desenvolvendo soluções analíticas que são computacionalmente baratas. Identificar as relações entre os elementos do modelo permitiu que eles o aumentassem, simplificando a matemática envolvida ao destilar essas tendências em menos termos do que incorporados em sua equação.
Para criar um modelo que encapsulasse esses parâmetros e comportamentos chave, os pesquisadores analisaram as características geométricas das estruturas do subsolo. A porosidade e permeabilidade do ambiente subsuperficial ou relação de aspecto que caracteriza as fraturas foram os elementos-chave que foram considerados, disse de Barros.
Tomada de decisão com dados
É difícil tomar decisões no vácuo. É por isso que de Barros afirma que as ferramentas desenvolvidas em seu grupo de pesquisa podem mudar a forma como estações de tratamento de água, reguladores e outros decidem o que fazer em vários cenários. À medida que as águas superficiais se tornam cada vez mais escassas, as fontes subterrâneas e as opções de tratamento precisam ser aproveitadas cada vez mais. Ao mesmo tempo, no entanto, com a poluição e contaminantes químicos vazando para as fontes de água, o desafio é identificar como medir a segurança de um determinado fluxo sem compreender totalmente as incógnitas invisíveis que o impactam.
Uma coisa que nossa pesquisa visa, disse de Barros, é desenvolver modelos orientados para a aplicação que melhorem nosso entendimento fundamental sobre a interação entre os meios geológicos e o comportamento de transporte de soluto. Isso permitiria ver como a dispersão de contaminantes é influenciada por mudanças nas condições. Por exemplo, como um contaminante vaza para o outro lado de uma rocha rachada em comparação com uma que não tem fissuras? Como muitos contaminantes potenciais podem ser encontrados na água, isso ajuda a criar uma compreensão geral do sistema de subsuperfície sem depender do conhecimento dos contaminantes exatos em questão.
Esse conhecimento também pode permitir a engenharia reversa, por exemplo, a construção de um sistema para ter certas condições hidrogeológicas que podem ajudar a atingir uma concentração química desejada ou produção de qualidade da água.
“Entender como a concentração de uma substância química muda em um determinado sistema através do espaço e do tempo pode ter implicações para a saúde pública, as operações de tratamento de água e também as políticas regulatórias, por exemplo, emitidas pela US EPA”, disse de Barros.
Fonte da história:
Materiais fornecidos pela University of Southern California .
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